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言葉を見たり聞いたりしたとき 密度、 あなたがこの用語にまったく精通している場合、「混雑」のイメージを思い起こさせる可能性が高いです。たとえば、混雑した街路、または近所の公園の一部の木の異常な厚さ。
そして本質的に、それは密度が指すものです：シーンの何かの総量ではなく、利用可能な空間にどれだけ分配されたかに重点を置いた何かの集中。
密度は、物理科学の世界で重要な概念です。これは、基本的な 案件 - 通常（常にではないが）見ることができる、または少なくとも何らかの形で実験室での測定でキャプチャできる日常生活のもの-基本空間、世界をナビゲートするために使用するまさにそのフレームワーク。地球上のさまざまな種類の物質は、固体物質だけの領域内であっても、非常に異なる密度を持つことができます。
固体の密度測定は、液体および気体の密度の測定に使用される方法とは異なる方法を使用して実行されます。密度を測定する最も正確な方法は、多くの場合、実験状況、およびサンプルに既知の物理的および化学的特性を持つ物質（材料）が1種類だけ含まれているか、複数の種類が含まれているかによって異なります。
密度とは
物理学では、 材料のサンプルの密度は、サンプルの総質量をその体積で割ったものです。、サンプル内の物質の分布方法に関係なく（問題の固体の機械的特性に影響する懸念）。
所定の範囲内で予測可能な密度を持ちながら、全体にわたって密度のレベルが大きく異なるものの例は、水、骨、その他の種類の組織のほぼ一定の比率で構成される人体です。
密度と質量は両方ともしばしば混同されます 重量、おそらく異なる理由のため。重量は、単に物質または質量に作用する重力の加速度から生じる力です。 F = mg。地球では、重力による加速度の値は9.8 m / sです2。 A 質量 したがって、10 kgの 重量 （10 kg）（9.8 m / s2）= 98ニュートン（N）。
重量自体も密度と混同されます。これは、同じサイズの2つのオブジェクトが与えられると、密度の高いオブジェクトの方が実際に重量が大きくなるという単純な理由からです。これが古いトリックの質問の基礎です。「どちらがより重く、1ポンドの羽ですか、それとも1ポンドの鉛ですか？」ポンドは何があってもポンドですが、ここで重要なのは、鉛の密度がはるかに高いため、羽のポンドが鉛のポンドよりもはるかに多くのスペースを占めることです。
密度と比重
密度に密接に関連する物理学用語は 比重 （SG）。これは、特定の材料の密度を水の密度で割ったものです。水の密度は、通常の室温、25°Cで正確に1 g / mL（または同等に1 kg / L）と定義されています。これは、SI（国際システム、または「メートル法」）単位でのリットルの定義そのものが、1 kgの質量を持つ水の量だからです。
表面的には、これはSGをかなり些細な情報にしているように見えます。なぜ1で割るのですか？実際、2つの理由があります。 1つは、水や他の物質の密度は室温範囲内でも温度によってわずかに変化するため、ρの値は温度に依存するため、正確な測定が必要な場合はこの変化を考慮する必要があります。
また、密度にはg / mLなどの単位がありますが、SGは密度で割った密度なので、単位はありません。この量が単なる定数であるという事実により、密度を含むいくつかの計算が容易になります。
アルキメデスの原理
おそらく、固体材料の密度の最大の実用的な用途は アルキメデスの原理、同じ名前のギリシャの学者によって数千年前に発見されました。この原則は、固体オブジェクトが流体内に配置されると、オブジェクトは上向きのネットの影響を受けることを主張しています。 ふりょく に等しい 重量 変位した流体の。
この力は、オブジェクトへの影響に関係なく同じであり、オブジェクトの密度が流体の密度よりも小さい場合はオブジェクトを表面に押し付け、完全に所定の位置に浮かせます（密度がオブジェクトは流体の密度とまったく同じです）、またはオブジェクトを沈めることができます（オブジェクトの密度が流体の密度よりも大きい場合）。
象徴的に、この原則は FB = Wf, どこ FB 浮力です Wf 変位した流体の重量です。
固体の密度測定
固体材料の密度を決定するために使用されるさまざまな方法のうち、 静水圧計量 これは、最も便利ではないにしても、最も正確であるため、推奨されます。対象となるほとんどの固体材料は、体積を簡単に計算できるきちんとした幾何学的形状ではなく、体積の間接的な決定が必要です。
これは、アルキメデスの原理が役に立つ多くの人生の歩みの一つです。被験者は、空気と既知の密度の液体の両方で体重を測定します（明らかに有用な選択肢は水です）。 「陸地」の質量が60 kg（W = 588 N）の物体が、計量のために浸漬されるときに50 Lの水を変位させる場合、その密度は60 kg / 50 L = 1.2 kg / Lでなければなりません。
この例で、浮力に加えて上向きの力を加えて、この水よりも密度の高い物体を所定の位置に吊り下げたい場合、この力の大きさはどうなりますか？変位した水の重量と物体の重量の差を計算するだけです：588 N –（50 kg）（9.8 m / s2）= 98 N
固体の複合密度
複数の種類の素材を含むオブジェクトが表示される場合がありますが、人体の例とは異なり、これらの素材は均一に分散されて含まれています。つまり、マテリアルの小さなサンプルを取得した場合、オブジェクト全体と同じ比率のマテリアルAとマテリアルBが使用されます。
これが発生する状況の1つは、構造工学です。梁やその他の支持要素は、多くの場合、マトリックス（M）と繊維（F）の2種類の材料でできています。これら2つの要素の既知の体積比で構成されるこのビームのサンプルがあり、個々の密度がわかっている場合、複合材料の密度（ρC）次の方程式を使用します。
ρC = ρFVF + ρMVM,
ここで、ρF およびρM およびVF Vmは、各タイプの材料の密度と体積分率（つまり、10進数に変換されたファイバーまたはマトリックスで構成されるビームの割合）です。
例： 謎の物体の1,000 mLのサンプルには、密度が5 g / mLの岩石状物質が70パーセント、密度が2 g / mLのゲル状物質が30パーセント含まれています。オブジェクト（複合）の密度は？
ρC = ρRVR + ρGVG =（5 g / mL）（0.70）+（2 g / mL）（0.30）= 3.5 + 0.6 = 4.1 g / mL.